高速公路三车道隧道断层破碎带施工方法优化研究

冯毅

摘 要：高速公路隧道施工工程中常出现隧道断层破碎带的问题，在工程设计施工的研究中，对隧道围岩的稳定性要求很高，因此本研究主要针对岐山特长隧道工程地质条件，结合隧道超前地质预报及监控量测数据分析，总结出影响断层破碎带围岩稳定性的原因，并采取关键的改善措施，对隧道断层破碎带不同地质情况进行研究，选用不同的相应施工方法，在保证施工安全、质量的前提下，加快施工进度，实现项目进度目标。

关键词：隧道 断层破碎带 施工方法

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0027-02

1 工程概况

1.1 基本情况

岐山特长隧道地处莆田市仙游县游洋镇与涵江区庄边镇交界处，为双洞六车道，设计时速100km/h，是湄渝高速公路全线关键控制性工程之一。该隧道地质结构复杂，施工难度大，最大埋深600多m，隧道全长8041.5m，进口端施工任务为3300m。隧道采用进、出口端同时掘进。

1.2 地质情况

岐山隧道进口端围岩主要以凝灰质砂岩为主；隧道的不良地质主要表现为穿越8处断裂构造及挤压裂隙密集带，岩爆易发生段1处。

2 隧道前期施工段的综合分析

2.1 开挖工法

（1）岐山隧道洞口浅埋段地质主要为全风化-中风化凝灰质砂岩，V级围岩，为确保安全进洞，现场采用了双侧壁导坑开挖法进行施工，辅助以大管棚、小导管和砂浆锚杆超前支护，安全、顺利地完成施工。但工序转换频繁，速度较慢，且成本较高。

（2）隧道进入深埋段Ⅳ、Ⅴ围岩，由于双侧壁导坑开挖法、CRD开挖工法施工速度较慢，且岐山隧道是全线控制性工程之一，工期紧迫，经四方代表详细的讨论及研究、结合现场地质情况，同意在确保安全的前提下，Ⅳ、V级围岩可采用上下台阶法施工，之后采用台阶法在施工整个过程严格按照规范相关要求进行，包括：循环进尺、控制爆破、台阶长度、支护参数等进行严格控制，整个施工过程安全、可控[1]。

2.2 断层破碎带地段施工

岐山隧道进口端设计断层破碎带共8条，具体情况如下：

（1）第一条断层破碎带：F210断层，里程K76+340，现场施工实际地质揭示主要以中风化-全风化凝灰质砂岩为主，较坚硬岩，局部较破碎，地下水以点滴状出水，整体自稳性好，现场加强超前支护，该段顺利度过。

（2）第二条断层破碎带：F210A断层，里程K76+528，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，局部较破碎，地下水以点滴状出水，整体自稳性好，现场加强超前支护，该段顺利度过。

（3）第三条断层破碎带：F211断层，里程K77+064，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，局部较破碎，整体自稳性好，左洞左拱腰揭露断裂带及充填物，涌水量较大，水量约为2000m3/d，现场启动应急预案，水泵、排水管道、移动接力水箱等抽水设备配备齐全，及时进行了排水，四方代表现场勘察，结合地质预报信息，为防止发生突泥情况，该段增加了洞内中管棚施工，大大增加了施工安全系数，并严格按照设计要求进行施工，该段平稳度过，且无安全质量事故[2]。

（4） 第四条断层破碎带：F212断层，里程K77+129，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，局部裂隙稍发育，地下水以点滴状出水，整体自稳性好，该段顺利度过。

（5）第五条断层破碎带：F212A断层，里程K77+522，現场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，裂隙较发育，岩体较破碎，地下水发育，以涌流股状出水，出水量约为40m3/h，整体自稳性一般，该段顺利度过。

（6）第六条断层破碎带：F213断层，里程K77+869，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，裂隙较发育，岩体较破碎，地下水较发育，以淋雨状出水，整体自稳性一般，该段顺利度过。

（7）第七条断层破碎带：F214断层，里程K78+441，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，裂隙较发育，岩体较破碎，地下水不发育，以点滴状出水，整体自稳性一般，该段顺利度过。

（8）第八条断层破碎带：F215断层，里程K78+998，现场施工实际地质揭示主要以中风化-微风化流纹岩为主，较坚硬岩，裂隙较发育，岩体较破碎，地下水不发育，以点滴状出水，整体自稳性一般，该段顺利度过[3]。

以上8条断裂带施工过程中，第④～⑧号断裂带均采用全断面法施工，且在保证安全的前提下，顺利度过。

2.3 超前地质预报及监控量测

岐山隧道地质情况复杂、多变，在不良地质下隧道施工中防坍塌和防突泥涌水是本工程的施工难点。本隧道由第三方监控量测单位负责超前地质预报及监控量测工作，在已完成段落的实际地质情况与超前地质预报的数据信息来看，判断基本一致，对现场施工充分起到了指导性作用，尤其在进入断层破碎带地段之前，通过TGP超前地质预报、地质雷达、红外线探水以及超前水平钻探，四项技术措施综合判定，提前预防，且采取了有效的应急措施，使每处断层破碎带安全、平稳度过[4]。

3 主要施工方法

根据岐山隧道进口端已完成段的地质情况，该隧道深埋段Ⅳ、Ⅴ级围岩基本均处于断层破碎带地段，岩体风化程度多为中风化-微风化，强风化以及全风化围岩相对少见，整体安全系数较高；为保证安全、质量，同时考虑工程进度，Ⅳ、Ⅴ级围岩断层段施工方案按照以下三种且根据实际情况选用。

3.1 Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）一般地段

Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）一般地段指围岩主要以中风化-微风化围岩为主（石质围岩），节理裂隙较发育，自稳性良好，无地下水或以点滴状出水，超前地质预报信息已准确判断无突泥涌水等地质灾害的可能，在超前支护施作到位的前提下，可采用全断面开挖法施工。

3.2 Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）较差地段

Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）较差地段指围岩主要以中风化-全风化围岩为主，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩体已无法自稳，地下水以点滴状或流水状的承压水出现，超前地质预报信息反映可能出现涌水坍塌等地质灾害，在超前支护施作到位的前提下，全断面开挖已无法确保施工安全，立即进行工法改变，将全断面开挖改为台阶法施工，根据现场施工安排，可选用上下台阶或三台阶施工，但考虑开挖台架频繁改变，优先考虑三台阶施工（可不用开挖台架），且较小的临空面有助于施工安全、减少坍塌可能。

3.3 Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）特殊地段

Ⅳ、Ⅴ级围岩（断层破碎带）特殊地段指围岩主要全风化围岩为主，岩体基本为夹泥的松散破碎体，或断层完全揭露，岩体已无法自稳，超前地质预报信息反映即将可能出现较大突泥、涌水坍塌等地质灾害；经现场判断，全断面、台阶法开挖已无法确保施工安全、质量，存在较大隐患，此时应立即改变工法，根据现场情况选用双侧壁导坑开挖、CRD开挖法或CD法严格进行施工[5]。

4 断层破碎带（石质围岩）全断面施工关键性措施分析

4.1 超前地质预报

采用地质雷达进行探测掌子面前方围岩情况，红外线探测仪探测地下水情况，对于初步判断不良地质段和设计勘探资料标示的不利地质地带，采用水平地质钻探验证确定。

4.2 超前支护

在原设计超前支护的基础上，由于断面较大，超前可加强采用双排ф50小导管超前支护。对深孔注浆后的岩体裂隙再次进行加固，确保围岩的总体稳定性。

4.3 短掘進开挖

Ⅳ级围岩每次循环开挖进尺控制在2.1m左右；V级围岩每次循环开挖进尺控制在1.4m左右，并根据围岩实际情况结合监测数据确定进尺量。采用光面爆破技术，微震控制爆破，加密周边眼间距，及时调整最小抵抗线及相对距，减少装药集中度，减小因爆破对围岩的震动。

4.4 初期支护及时，仰拱、二衬紧跟，快速封闭成环

出碴完成后立即进行初期支护，严格按设计要求施工，及时施工仰拱。仰拱与掌子面距离控制在35m内，二次衬砌离开挖面控制在50m内[6]。

4.5 加强监控量测

施工中应加强监控量测工作，发现异常，及时调整施工参数及开挖方法，并采取有效的应急措施，确保施工安全。

5 结语

在高速公路隧道工程的实际施工中，由于地质的复杂性、多变性及特殊性，并在确保施工安全、质量的前提下，施工方法的选择也并非一成不变的，因此，经过对施工方案的比对分析研究，优化施工方法显得尤为重要，并能有效提高施工进度效率，对于地质复杂、工期紧、压力大的控制性工程施工能起到关键性作用。

参考文献

[1] 李云刚.软岩大断面浅埋暗挖隧道施工工法比选数值分析[J].水利与建筑工程学报，2017，15（1）：157-160.

[2] 卢杰.断层及破碎带隧道施工技术[J].山西建筑， 2018（6）：181-182.

[3] 李铁锋.隧道断层破碎带施工技术研究[J].建筑技术开发，2017，44（5）：53-54.

[4] 李凤岭.穿越断层破碎带铁路隧道施工与监测[J]. 青岛理工大学学报，2017，38（2）：17-25.

[5] 王猛，苏卫强，吕苑，等.加固措施对富水断层破碎带隧洞围岩稳定的影响研究[J].水利与建筑工程学报，2018， 16（2）：200-204.

[6] 田晓峰.大断面黄土隧道初期支护快速封闭成环施工技术[J].现代工业经济和信息化，2017，7（5）：55-57.